DE4106103A1 - Beschleunigungssensor, insbesondere zum selbsttaetigen ausloesen von insassenschutzvorrichtung in kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Beschleunigungssensor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einem derartigen, aus dem DE-GM 84 01 991.3 bekannten Beschleunigungssensor ist im Boden eines trichterförmigen Innenraums als seismische Masse eine Kugel angeord­ net. In Ruhestellung wird diese Kugel von einem Haltemagneten fi­ xiert. Bei Auslenkung der Kugel durch eine angreifende Beschleuni­ gung wird eine im Deckel des Beschleunigungssensors angeordnete Membran elastisch verformt, so daß zwei Kontaktelemente geschlossen werden. Ferner ist zur Überwachung der seismischen Masse im Boden der Ausnehmung eine Lichtschranke ausgebildet, die bei Auslenkung der seismischen Masse geöffnet wird. Dieser Beschleunigungssensor baut aber sehr kompliziert. Da die Kugel die gesamte Schräge des Innenraums entlanggleiten muß, um die Kontakte zu schließen, hat der Beschleunigungssensor eine relativ lange Ansprechzeit.

Bei einem aus der DE-OS 37 261 452 bekannten Beschleunigungsaufneh­ mer ist auf einem Hebel eine seismische Masse angeordnet. Das eine Ende des Hebels ist beweglich befestigt, während das andere, das freie Ende des Hebels einen Kontakt öffnen bzw. schließen kann. Durch die auf die seismische Masse angreifende Beschleunigung werden die Kontakte geschlossen. Auch dieser Beschleunigungsaufnehmer weist eine relativ lange Ansprechzeit auf, da die Kontakte nur durch die Einwirkung der seismischen Masse und die Schwerkraft geschlossen werden.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Beschleunigungsaufnehmer mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bereits bei geringsten Auslenkungen der Kugel die Kontakte geschlos­ sen werden. Bereits nach einem sehr kurzen Weg gibt die Kugel den beweglichen Kontakt frei, so daß eine Insassenschutzvorrichtung aus­ gelöst werden kann. Ohne Zwischenschaltung zusätzlicher Meßelemente betätigt die Kugel direkt die beiden Kontakte. Die Auslösebeschleu­ nigung und die Schließzeit der Kontakte kann durch andere Elemente variabel gestaltet werden und somit den speziellen Anwendungszweck angepaßt werden. Die Ansprechzeit des Sensors wird in erster Linie durch den Abstand der beiden Kontakte bestimmt. Die dynamische Schaltschwelle, das heißt die Beschleunigungsschwelle ab der der Sensor auslöst, wird durch die Haltekraft des Magneten auf die Kugel und die Lagergeometrie der Kugel in der Ruhestellung festgelegt. Ferner werden nach Abklingen der äußeren Beschleunigung durch die Kugel die Kontakte wieder geöffnet.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Beschleunigungssensors möglich. Ist der Beschleunigungs­ sensor auf die Erfassung der Beschleunigung in einer bestimmten Achse ausgerichtet, so kann das Schließen der Kontakte durch ver­ schiedene einfache geometrische Anordnungen angeglichen werden.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1a einen Schnitt durch einen Beschleunigungssensor, Fig. 1b eine Draufsicht auf diesen Beschleunigungssensor, Fig. 2 eine Ab­ wandlung, Fig. 3a einen Schnitt durch einen Beschleunigungssensor mit einer bevorzugten Auslöserichtung A, Fig. 3b eine Draufsicht auf diesen Beschleunigungssensor, Fig. 4a eine weitere Abwandlung, Fig. 4b eine Draufsicht auf diese Abwandlung und die Fig. 5 und 6 jeweils Abwandlungen der Schließvorrichtungen für die Kontakte.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Fig. 1a ist mit 10 ein Sensor bezeichnet, der zum Auslösen von Insassenschutzvorrichtungen, zum Beispiel Airbag oder Gurtstraf­ fer, in Kraftfahrzeugen dient. Er weist ein Gehäuse 11, zum Beispiel aus Kunststoff, mit einem trichterförmigen Innenraum 12 auf, dessen Boden 13 als spitzzulaufender Trichter ausgebildet ist. Der Boden 13 kann aber, wie in der Fig. 2 dargestellt, auch als Kalotte ausge­ bildet sein. Um eine Beschleunigungsschwelle vorzugeben, sind die Seitenwände 14 des Innenraums 12 unter einem bestimmten Winkel ge­ neigt. Für eine Schwelle von zum Beispiel 0,4 g (g = Erdbeschleuni­ gung) müssen die Seitenwände 14 einen Neigungswinkel von ca. 21,8° haben. Im Boden 13 liegt eine als seismische Masse bzw. Trägheits­ körper dienende Kugel 15 auf, die als massive Stahlkugel ausgebildet sein kann. Es ist aber auch möglich, die Kugel 15 aus einem anderen ferromagnetischen Material herzustellen oder mit einer Schicht aus diesem Material zu versehen. Die Kugel 15 steht in Wirkverbindung mit einem im Boden 13 angeordneten Magneten 16, der die Kugel 15 in ihrer Ruhestellung fixiert und dessen Stärke die Auslöseschwelle mitbestimmt. Als Magnet 16 kann sowohl ein Elektromagnet, wie in Fig. 1 dargestellt, oder auch ein Permanentmagnet, wie in der Fig. 2 eingezeichnet, verwendet werden.

Ferner wird die Kugel 15 von dem einen Ende 17 einer Wippe 18 im Boden 13 fixiert. Am Ende 17 ist eine mit der Oberfläche der Kugel 15 korrespondierende Auflagefläche ausgebildet, mit der die Wippe 18 auf der Kugel 15 aufliegt. Das andere Ende 19 der Wippe 18 ist in allen Richtungen beweglich in einer Aufhängung 20 befestigt. Ferner befindet sich nahe am Ende 19 ein erster beweglicher Kontakt 22, der mit einem zweiten, feststehenden Kontakt 23 in Wirkverbindung steht. Beide Kontakte 22, 23 sind mit elektrischen Anschlußleitungen 25 verbunden, die zu einer nicht dargestellten Insassenschutzvorrich­ tung führen.

In der Ausgangsstellung befindet sich die Kugel 15 in der tiefsten Stelle der Kalotte und wird dort von der magnetischen Kraft des Ma­ gneten 16 in dieser Lage fixiert. Ferner liegt in dieser Ausgangs­ stellung die Wippe 18 mit dem Ende 17 mit einer geringen Vorspannung auf, so daß die Wippe 18 ebenfalls die Kugel 15 in der tiefsten Stelle des Bodens 13 fixiert.

Wirkt auf die Kugel 15 eine Beschleunigungskraft ein, so wird die Kugel 15 aus ihrer Ruhelage ausgelenkt und rollt an den Seitenwänden 14 hoch. Bereits bei geringster Auslenkung der Kugel 15 aus der Ruhelage werden die beiden Kontakte 22 und 23 geschlossen und somit die Insassenschutzvorrichtung ausgelöst. Bei dem in der Fig. 1 dar­ gestellten Ausführungsbeispiel ist eine Auslenkung der Kugel 15 und somit eine Erfassung einer Beschleunigung, in allen Richtungen einer Ebene möglich.

Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 wird eine Detektion einer Beschleunigung nur in einer Richtung A angestrebt. Der Innenraum 12a des Gehäuses 11a weist dabei nur auf einer Seite eine ansteigende Seitenwand 14a auf. Die andere Wand 27 ist senkrecht ausgebildet. Im Boden 13a ist ein Permanentmagnet 16a eingesetzt, der von einem ein­ schraubbaren Pfropfen 28 in seiner Position gehalten wird. Der Per­ manentmagnet 16a ist dabei zur Kugel 15 hin polarisiert. Die Wippe ist in der Fig. 2 als vorgespannte Biegefeder 18a ausgebildet, wobei das eine Ende 19a an einem elektrischen Steckeranschluß 29 angeschlossen ist. Das andere Ende der Biegefeder 18a ist als Schrä­ ge 17a ausgebildet, mit der die Biegefeder 18a wieder auf der Kugel 15 aufliegt. Im Bereich der Schräge 17a der Biegefeder 18a ist wie­ derum der bewegliche Kontakt 22 angeordnet, der in Wirkverbindung mit dem feststehenden Kontakt 23 steht. Dieser Kontakt 23 befindet sich an einem zweiten elektrischen Anschlußstecker 30.

In der Ausgangsstellung wird die Kugel 15 wieder im Boden 13a durch die magnetische Kraft des Permanentmagneten 16a und durch die Vor­ spannung der Biegefeder 18a in ihrer Lage fixiert. Wirkt auf die Kugel 15 eine Beschleunigung in Richtung A ein und übersteigt diese Beschleunigung die vorgegebene Beschleunigungsschwelle, so rollt die Kugel 15 auf der Seitenwand 14a empor, bis sie sich in der in der Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten Extremposition befindet. Bereits bei geringster Auslenkung der Kugel 15 werden aufgrund der Vorspan­ nung der Biegefeder 18a bereits der Kontakt 22 und der Kontakt 23 geschlossen. Wiederum werden durch eine relativ kurze Ansprechzeit die angeschlossenen Insassenschutzvorrichtungen wie Airbag, oder Gurtstraffer ausgelöst. Die Ausführung nach der Fig. 2 hat ferner den Vorteil, daß durch das als Schräge 17a ausgebildete Ende beim Rückrollen der Kugel 15 die Kontakte 22 und 23 wieder geöffnet wer­ den.

Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 ist der Magnet 16 nicht im Boden 13 angeordnet, sondern ist achsparallel zur Beschleunigungs­ richtung A ausgerichtet. Vom Magneten 16b, der sowohl ein Elektro­ magnet als auch ein Permanentmagnet sein kann, führen zwei Leit­ bleche 30 zur Kugel 15, so daß ein geschlossener magnetischer Kreis entsteht. Die übrige Ausbildung und die Wirkungsweise stimmt mit dem Beschleunigungssensor nach der Fig. 2 überein.

Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 4 bis 6 zeigen Abwandlun­ gen des Beschleunigungssensors nach der Fig. 3 mit einer bestimm­ ten, vorgegebenen Beschleunigungsrichtung. Es werden unterschied­ liche geometrische Anordnungen dargestellt, die aufzeigen, wie durch das Entfernen einer Kugel aus der Ruhelage die beiden Kontakte 22, 23 geschlossen werden können.

Es handelt sich hierbei um Abwandlungen, bei denen die Wippe bzw. die Biegefeder durch andere Ausführungen ersetzt werden. In der Fig. 4 wird die Anpreßkraft der Wippe auf die Kugel 15 bzw. auf den beweglichen Kontakt mit Hilfe einer elastischen Masse erreicht.

Hierzu liegt an der Kugel 15 mit seinem Boden ein etwa becherförmi­ ges Teil 35 an, auf dessen Öffnung der bewegliche Kontakt 22a auf­ sitzt. In der Nähe der Innenseite des Bodens des Teils 35 befindet sich in Ruhestellung der feststehende Kontakt 23. Zwischen dem be­ weglichen Kontakt 22a und dem Magneten 16b ist eine elastische Masse 36 angeordnet, die den beweglichen Kontakt 22a auf das Teil 35 und dieses wiederum an die Kugel 15 drückt. Wird nun die Kugel 15 durch eine Beschleunigung aus ihrer Ruhestellung heraus bewegt, so wird durch die Kraft der elastischen, vorgespannten Masse 36 der beweg­ liche Kontakt 22a zum feststehenden Kontakt 23 hin bewegt, so daß die beiden Kontakte 22a, 23 geschlossen werden. Bei der Abwandlung nach der Fig. 5 ist die elastische Masse 36 durch zwei gegenpolig angeordnete Magnete 38, 39 ersetzt. In der Fig. 6 wird als Abwand­ lung für diese elastische Masse 36 eine Feder 40 verwendet. Die Wirkungsweise des Beschleunigungssensors nach den Fig. 5 und 6 entspricht der nach der Fig. 4.

Claims (10)

1. Beschleunigungssensor, insbesondere zum selbständigen Auslösen von Insassenschutzvorrichtungen in Kraftfahrzeugen, mit einem Träg­ heitskörper (15) , der bei angreifender Beschleunigungskraft entlang einer ansteigenden Seitenwand (14) eines Innenraums (12) eines Ge­ häuses (11) gleitet und in Ruhestellung von einem Magneten (16) in seiner Position fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Träg­ heitskörper (15) in dessen Ruhestellung ein beweglicher Kontakt (22) mit einer Vorspannung anliegt, der mit einem feststehenden Kontakt (23) in Wirkverbindung steht, und daß bei Auslenkung des Trägheits­ körpers (15) die beiden Kontakte (22, 23) geschlossen oder geöffnet werden.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der be­ wegliche Kontakt (22) an einer Wippe (18) befindet und das Ende (17) der Wippe (18) auf dem Trägheitskörper (15) aufliegt.

3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der be­ wegliche Kontakt (22) an einer vorgespannten Biegefeder (18a) befin­ det und daß das eine Ende der Biegefeder (18a) eine Schräge (17a) aufweist, mit der die Biegefeder (18a) am Trägheitskörper (15) an­ liegt und das andere Ende der Biegefeder (18a) mit einem elektri­ schen Anschlußstift (29) kontaktiert ist.

4. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beweg­ liche Kontakt (22) mit Hilfe eines elastischen Elements (36; 38, 39; 40) an die Öffnung eines topfförmigen, am Trägheitskörper (15) an­ liegenden Teils (35) angepreßt ist und sich der feststehende Kontakt (23) zwischen dem Boden des Teils (35) und dem Kontakt (22a) befin­ det.

5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elasti­ sche Teil eine Feder (40) ist.

6. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elasti­ sche Teil aus zwei gegenpoligen Magneten (38, 39) besteht.

7. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elasti­ sche Teil aus einer elastischen Masse (36) besteht.

8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (16) ein Elektromagnet ist.

9. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (16) ein Permanentmagnet ist.

10. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (16) im Boden (13) des Innenraums (12) angeordnet ist.